JP4011501B2 - 平面アンテナ装置における誘電体基板の比誘電率および厚さ決定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直交する２偏波を共用する平面アンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信では、直交する偏波で異なるチャンネルを形成するものがあり、混信を避けるために低交差偏波特性が要求される。２偏波共用アンテナを用いて送受信を行う場合には、直交する２つの主偏波に対して、それぞれに対応する交差偏波を低減する必要がある。この低交差偏波を実現する方法としては、給電点を摂動させる方法がある（例えば、非特許文献１参照）。また、円偏波マイクロストリップアンテナを用い、円形放射素子と接地板間に介在させた誘電体基板の比誘電率を適当に選択することにより、軸比による損失の低減と交差偏波特性の改善を図る方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
高橋徹、他「直交偏波共用パッチアンテナの給電点摂動による低交差偏波設計法」２００２年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１−９５、ｐ．１１１
【特許文献１】
特開昭６３−２７６３０２号公報（図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置の給電点を摂動させる方法は、直交給電点間の相互結合による交差偏波の劣化を低減する方法である。したがって、誘電体基板面の正面方向を含む観測面では有効であるが、基板面の正面方向から傾いた観測面では、アンテナの基本モードから発生する交差偏波が存在し、有効ではない。また、円偏波を励振させるアンテナではなくて、直交する２つの直線偏波を励振させるアンテナでは、誘電体基板の比誘電率を適当に選択することで交差偏波の改善を図る方法は存在していなかった。
以上のような理由により、従来の技術では、直交２偏波共用アンテナに関して、基板面の正面方向から傾いた観測面において、直交する２偏波双方の交差偏波を低減することは困難であった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、誘電体基板の比誘電率あるいは厚みの最適値を選択することにより、所定の観測面における所定の覆域内の、直交する２偏波双方の交差偏波の低減を実現することができる直交する２偏波を共用する平面アンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る平面アンテナ装置の比誘電率決定方法は、グランド導体と、このグランド導体の片面側に配置された励振素子と、前記グランド導体と前記励振素子の間に配置された誘電体基板と、前記励振素子を励振させ直交する偏波を発生させる位置に設けられた２点の給電点とを有するアンテナ構造体を備えた平面アンテナ装置において、前記誘電体基板が、交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値を交差偏波レベルと定義したとき、前記給電点の一方から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｆ（ε r ）と、前記給電点の他方から給電した場合の前記所定の観測面における前記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｇ（ε r ）とを等しくなるよう当該比誘電率ε r を決定するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、グランド導体５の片面側に矩形の励振素子１が配置され、グランド導体５と励振素子１の間に誘電体基板４が配置されている。励振素子１を励振させるため給電点として誘電体基板４内を介して給電ピン（給電点）２，３が配置される。給電ピン２，３は偏波が直交して発生する位置関係を持つように設定されている。図示されていないが、グランド導体５側からそれぞれの同軸線路の内部導体が励振素子１の給電ピン２，３に接続され、各同軸線路の外部導体（被覆線）はグランド導体５に接続される。２点の給電点（給電ピン）２，３から励振素子１を励振することによって、直交する偏波を発生する直交２偏波共用アンテナとして動作する。このため、それぞれの主偏波に対する交差偏波を低減する必要がある。
【０００８】
所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルについて考える。ここで、交差偏波レベルは、交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値と定義する。一般には、誘電体基板４の比誘電率εｒを変化させた場合の所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値の変化は、一方の給電点２から給電した時と、もう一方の給電点３から給電した時とでは異なっている。図２はこの各場合の交差偏波識別度の最大値対基板比誘電率について示す説明図である。Ｆ（εｒ ）は、一方の給電点２から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率εｒ との関係を示す。また、Ｇ（εｒ ）は、もう一方の給電点３から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率εｒ との関係を示したものである。図２において、基板誘電率εｒ を上記Ｆ（εｒ ）と上記Ｇ（εｒ ）が等しくなるような値にすれば、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで下げられることが分かる。
【０００９】
以上のように、実施の形態１によれば、所定の観測面における所定の覆域内において、数値計算あるいは測定をおこない上記Ｆ（εｒ ）、Ｇ（εｒ ）を求め、かつ、このＦ（εｒ ）とＧ（εｒ ）を等しくする誘電体基板４の比誘電率εｒ を求めることにより、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００１０】
実施の形態２．
ここでは、図１の平面アンテナ装置においてグランド導体５と誘電体基板４を有限とした場合について述べる。図３は、本実施の形態２における平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。ここでは、励振素子１は矩形と定義する。ｘ，ｙ，ｚは直交座標で、グランド導体５の面をｙ−ｚ平面とし、グランド導体５の面上に原点を置いている。また、同様にｒ，θ，φ座標の原点としている。ａ，ｂはそれぞれ矩形励振素子１の１辺の長さで、ｘ軸上を矩形の励振素子１の中心とし、矩形の各辺ａ，ｂがｙ軸またはｚ軸と平行になるように設定されている。給電点２，３はｙ，ｚ軸上にそれぞれ位置している。図４はｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，θ，φ座標との関係を示したものである。θをｚ軸からの離角とし、φをｘ−ｙ平面におけるｘ軸からの離角とする。
【００１１】
給電点２に給電した時に励振される主偏波をＨ偏波とし、給電点３に給電した時に励振される主偏波をＶ偏波とする。すなわち、電界のθ成分をＥθ 、φ成分をＥφ とすると、Ｈ偏波励振時の主偏波はＥφ 、Ｖ偏波励振時の主偏波はＥθ となる。
図５は、数値計算より求めた、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値と誘電体基板４の比誘電率εｒ との関係を示したものである。これは、グランド導体５と基板４を有限とし、アンテナの共振周波数で励振素子１を励振し、給電点２に給電する時は給電点３をダミー終端し、給電点３に給電する時は給電点２をダミー終端した場合について、数値計算を行った結果を示す。図４のようにｒ，θ，φ座標を定義し、θ＝８１°観測面の交差偏波レベルを計算し、覆域φ＝−４０°〜４０°内での交差偏波レベルの最大値と誘電体基板の比誘電率εｒ の関係を求めたものである。
【００１２】
図５において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで下げるためには、基板誘電率εｒ を、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値が等しくなるεｒにすれば良いことが分かる。このεｒ を求めると約１．６５となる。
【００１３】
以上のように、この実施の形態２によれば、グランド導体５と基板４を有限とした場合に、数値計算を用いることによって、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時の所定の観測面における所定の覆域内において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルの最大値が等しくなる誘電体基板の比誘電率εｒ を求めるようにしたので、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００１４】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図３のグランド導体５と誘電体基板４がｙ、ｚ方向に無限であるとした場合に、理論式から上記実施の形態１の効果について明らかにする。図６は、ｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，α，β座標との関係を示す説明図である。
図７はＨ偏波励振時にキャビティモデルより求めたθ＝８１°観測面での交差偏波レベルであり、図８はＶ偏波励振時にキャビティモデルより求めたθ＝８１°観測面での交差偏波レベルである。図９はＨ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値と誘電体基板４の比誘電率εｒ との関係を示したものである。
【００１５】
理想的には、θ＝９０°面内、φ＝０°面内では交差偏波は発生しない。しかし、基板の正面方向から傾けたθが一定（θ≠９０°）あるいはφが一定（φ≠０°）の観測面では交差偏波が発生する。この交差偏波は、本来主偏波を放射する主モード（ＴＭ１０モード）において座標系の関係から発生してしまうものである。グランド導体５と誘電体基板４がｙ，ｚ方向に無限であると仮定する。図３のアンテナの主モードたるＴＭ１０モード共振時の放射界は、図６のようにｒ，α，β座標を定義すると、キャビティモデルにより、電界のα成分をＥα 、β成分をＥβ とし、誘電体基板４の比誘電率をεｒ として、
【数６】
となる。ここで、
【数７】
であり、ｋ０ は自由空間の波数、Ｖ０ は定数である。
【００１６】
式（１）、（２）についてｒ、α、β座標からｒ，θ，φ座標への座標変換を行い、電界のθ成分Ｅθ 、φ成分Ｅφ を求める。そうすると、Ｈ偏波励振した場合には、主偏波はＥφ 、交差偏波はＥθ となるので、Ｈ偏波励振した場合の交差偏波レベルは、
【数８】
となる。また、Ｖ偏波励振した場合には、主偏波はＥθ 、交差偏波はＥφ となるので、Ｖ偏波励振した場合の交差偏波レベルは、
【数９】
となる。式（４）から、Ｈ偏波励振時には誘電体基板の比誘電率εｒ が大きくなるにつれ交差偏波レベルが小さくなることが分かる。逆に、式（５）から、Ｖ偏波励振時には誘電体基板の比誘電率εｒ が大きくなるにつれ交差偏波レベルが大きくなることが分かる。
【００１７】
例えば、式（４）、（５）にθ＝８１°を代入し、θ＝８１°観測面での交差偏波レベルの誘電体基板の比誘電率εｒ に対する依存性を求めると、それぞれ図７、図８のようになる。さらに、例えば、覆域φ＝−４０°〜４０°内での交差偏波レベルの最大値を求めると、図７および図８よりφ＝±４０°の時に式（４）、（５）は最大となり、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時の覆域φ＝−４０°〜４０°内での交差偏波レベルの最大値と誘電体基板の比誘電率εｒ との関係は図９のようになる。
【００１８】
図９において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで下げるためには、基板誘電率εｒ を、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値が等しくなるεｒにすれば良いことが分かる。このεｒを求めるとεｒ ＝１．７６となる。
【００１９】
以上のように、実施の形態３によれば、グランド導体５と誘電体基板４をｙ，ｚ方向に無限とした場合に、式（４）と式（５）から、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時の、θが一定またはφが一定の所定の観測面における交差偏波レベルを求め、この時、所定の覆域内において、式（４）と式（５）の最大値が等しくなるような誘電体基板４の比誘電率εｒ を求めるようにしたので、θが一定またはφが一定の所定の観測面における所定の覆域内において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減することができる効果が得られる。
【００２０】
実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１０（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。この場合、２次励振素子９が、励振素子１の近傍に配置され、励振素子１からの電磁波によって間接的に励振されるように構成されている。誘電体基板１０がグランド導体５と励振素子１の間および励振素子１と２次励振素子９の間にそれぞれ複数個Ｎ（Ｎ＞１）配置される。この誘電体基板１０の一部は空気層で形成されてもよい。ここで、Ｎ個の誘電体基板１０のうち、ｎ番目の誘電体基板の比誘電率をεｒｎ、厚さをｔｎ とする。
【００２１】
所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルを考える。数値計算あるいは測定をおこなうことにより、一方の給電点２から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎとの関係Ｆ（εｒｎ）と、もう一方の給電点３から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎとの関係Ｇ（εｒｎ）を得る。
【００２２】
一般に、ｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎの増加に伴うＦ（εｒｎ）とＧ（εｒｎ）の増減の方向は逆となっている。したがって、上記実施の形態１と同じように、ｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎを上記Ｆ（εｒｎ）と上記Ｇ（εｒｎ）が等しくなるようにおけば、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減することができる。
【００２３】
同様に、数値計算あるいは測定をおこなうことにより、一方の給電点２から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ との関係Ｆ（ｔｎ ）と、もう一方の給電点３から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ との関係Ｇ（ｔｎ ）を得る。
一般に、ｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ の増加に伴うＦ（ｔｎ ）とＧ（ｔｎ）の増減の方向は逆となっている。したがって、ｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ を選ぶことにより上記Ｆ（ｔｎ ）と上記Ｇ（ｔｎ ）を等しくすることができる。
【００２４】
以上のように、実施の形態４によれば、上記Ｆ（εｒｎ）と上記Ｇ（εｒｎ）が等しくなるｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎを設定するようにしたので、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。一方、上記Ｆ（ｔｎ ）と上記Ｇ（ｔｎ ）を等しくするｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ を設定するようにしても、同様に、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００２５】
実施の形態５．
この実施の形態５は、図１０のグランド導体５と誘電体基板４がｙ，ｚ方向に無限であるとした場合に、理論式から上記実施の形態４の効果を明らかにするものである。図１１はこの発明の実施の形態５による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１１（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、図１０に相当する部分には同一符合を付して示す。励振素子１および２次励振素子９は矩形とする。給電点２に給電した時に励振される偏波をＨ偏波、給電点３に給電した時に励振される偏波をＶ偏波とする。また、Ｎ個の誘電体基板１０のうちｎ番目の誘電体基板の比誘電率をεｒｎ、厚さをｔｎ とする。図４のｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，θ，φ座標との関係を使用する。
【００２６】
図１１おいて、放射に主として寄与するのは２次励振素子９であるので、２次励振素子９の放射特性を考えればよい。また、２次励振素子９から見た等価比誘電率εｒｅｆｆは、
【数１０】
と定義することができる。したがって、上記実施の形態３においてキャビティモデルより求めた交差偏波レベル式（４）、（５）のεｒ を、式（６）のεｒｅｆｆで置き換えることによって、図１１の平面アンテナの交差偏波レベルを求めることができる。Ｈ偏波励振した場合の交差偏波レベル、すなわちｙ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅθ ｜と主偏波の振幅｜Ｅφ ｜から得る交差偏波レベルは、
【数１１】
となり、Ｖ偏波励振した場合の交差偏波レベル、すなわちｚ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅφ ｜と主偏波の振幅｜Ｅθ ｜による交差偏波レベルは、
【数１２】
となる。
【００２７】
式（７）から、Ｈ偏波励振時には等価比誘電率εｒｅｆｆが大きくなるにつれ交差偏波レベルが小さくなることが分かる。逆に、式（８）から、Ｖ偏波励振時には等価比誘電率εｒｅｆｆが大きくなるにつれ交差偏波レベルが大きくなることが分かる。したがって、式（７）と式（８）が等しくなる等価比誘電率εｒｅｆｆが存在することになる。
【００２８】
以上のように、実施の形態５によれば、グランド導体５と誘電体基板４を無限とした場合に、θが一定またはφが一定の所定の観測面における所定の覆域内において、式（７）と式（８）が等しくする等価比誘電率εｒｅｆｆを求めるようにしたので、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００２９】
実施の形態６．
この実施の形態６は、給電ピンではなく給電線路を用いて励振素子を励振させた場合に、上記実施の形態１〜実施の形態５と同じ効果あることについて述べる。図１２はこの実施の形態６における平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１２（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。ここでは、給電ピンの代わりに、給電線路１１，１２が励振素子１と同じ平面に設けられている。
励振素子１は、２つの給電線路１１，１２によって給電され、励振され、直交する偏波を発生し、実施の形態１乃至実施の形態３で述べたと同様に、直交２偏波共用アンテナとして動作する。また、アンテナ構造体として、上記実施の形態４の図１０に示すように、励振素子１の近傍に２次励振素子９を配置し、グランド導体５と２次励振素子の間に複数個の誘電体基板を配置したものを適用してもよい。
以上のように、この実施の形態６によれば、給電点が、励振素子と共通な平面に設置した給電線路で形成されるようにしたので、給電ピンを用いた場合の給電ピン自体からの放射による不要な交差偏波が存在しないという効果が得られる。
【００３０】
実施の形態７．
図１３は実施の形態７による平面アンテナ装置の配置構成を示す正面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。ここでは、複数のアンテナ構造体が平面上に配置された状態を示している。この配置は、上記実施の形態１乃至実施の形態６で述べたアンテナ構造体を適用することについて提案するものである。
このように励振素子１を平面上に複数個配置した場合、交差偏波レベルを維持したまま、１素子のときより利得を高くとることができる。図１３では、一方向に励振素子１を配置した例を示しているが、給電点の位置関係を保てば、平面上でどのように配置してもよい。上記実施の形態４および実施の形態５で述べたような、励振素子１の近傍に２次励振素子９を配置し、グランド導体５と２次励振素子１の間に複数個の誘電体基板１０を配置したアンテナ構造体を適用しても同様である。また、上記実施の形態６の給電線路１１，１２で給電するアンテナ構造体を適用しても同様である。
【００３１】
以上のように、実施の形態７によれば、アンテナ構造体、すなわち放射素子を平面上に複数個配置しているので、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度低減し、かつ１素子の場合より利得を高くできる効果が得られる。
【００３２】
以上、実施の形態１乃至実施の形態７では、放射素子が矩形である場合について述べてきたが、放射素子は円形等、矩形以外の形状にしてもよく、おおむね同様の効果を奏することができる。
【００３３】
以上のように、この発明によれば、グランド導体と、このグランド導体の片面側に配置された励振素子と、前記グランド導体と前記励振素子の間に配置された誘電体基板と、前記励振素子を励振させ直交する偏波を発生させる位置に設けられた２点の給電点とを有するアンテナ構造体を備えた平面アンテナ装置において、前記誘電体基板が、交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値を交差偏波レベルと定義したとき、前記給電点の一方から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｆ（ε r ）と、前記給電点の他方から給電した場合の前記所定の観測面における前記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｇ（ε r ）とを等しくなるよう当該比誘電率ε r を決定するようにしたので、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１係る平面アンテナ装置の交差偏波識別度の最大値対基板比誘電率について示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２および実施の形態５に係るｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，θ，φ座標の関係を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る平面アンテナ装置の交差偏波レベルの最大値対基板比誘電率を示す説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係るｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，α，β座標との関係を示す説明図である。
【図７】 この発明の実施の形態３に係る平面アンテナ装置の交差偏波レベル対観側面の覆域を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態３に係る平面アンテナ装置の他の交差偏波レベル対観側面の覆域を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態３に係る平面アンテナ装置の交差偏波識別度の最大値対基板比誘電率について示す説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６における平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で
【図１３】 この発明の実施の形態７による平面アンテナ装置の配置構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 励振素子、２，３ 給電ピン（給電点）、４，１０ 誘電体基板、５ グランド導体、９ ２次励振素子、１１，１２ 給電線路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、直交する２偏波を共用する平面アンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信では、直交する偏波で異なるチャンネルを形成するものがあり、混信を避けるために低交差偏波特性が要求される。２偏波共用アンテナを用いて送受信を行う場合には、直交する２つの主偏波に対して、それぞれに対応する交差偏波を低減する必要がある。この低交差偏波を実現する方法としては、給電点を摂動させる方法がある（例えば、非特許文献１参照）。また、円偏波マイクロストリップアンテナを用い、円形放射素子と接地板間に介在させた誘電体基板の比誘電率を適当に選択することにより、軸比による損失の低減と交差偏波特性の改善を図る方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
高橋徹、他「直交偏波共用パッチアンテナの給電点摂動による低交差偏波設計法」２００２年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１−９５、ｐ．１１１
【特許文献１】
特開昭６３−２７６３０２号公報（図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置の給電点を摂動させる方法は、直交給電点間の相互結合による交差偏波の劣化を低減する方法である。したがって、誘電体基板面の正面方向を含む観測面では有効であるが、基板面の正面方向から傾いた観測面では、アンテナの基本モードから発生する交差偏波が存在し、有効ではない。また、円偏波を励振させるアンテナではなくて、直交する２つの直線偏波を励振させるアンテナでは、誘電体基板の比誘電率を適当に選択することで交差偏波の改善を図る方法は存在していなかった。
以上のような理由により、従来の技術では、直交２偏波共用アンテナに関して、基板面の正面方向から傾いた観測面において、直交する２偏波双方の交差偏波を低減することは困難であった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、誘電体基板の比誘電率あるいは厚みの最適値を選択することにより、所定の観測面における所定の覆域内の、直交する２偏波双方の交差偏波の低減を実現することができる直交する２偏波を共用する平面アンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る平面アンテナ装置の比誘電率決定方法は、グランド導体と、このグランド導体の片面側に配置された励振素子と、前記グランド導体と前記励振素子の間に配置された誘電体基板と、前記励振素子を励振させ直交する偏波を発生させる位置に設けられた２点の給電点とを有するアンテナ構造体を備えた平面アンテナ装置において、前記誘電体基板が、交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値を交差偏波レベルと定義したとき、前記給電点の一方から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｆ（ε r ）と、前記給電点の他方から給電した場合の前記所定の観測面における前記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｇ（ε r ）とを等しくなるよう当該比誘電率ε r を決定するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、グランド導体５の片面側に矩形の励振素子１が配置され、グランド導体５と励振素子１の間に誘電体基板４が配置されている。励振素子１を励振させるため給電点として誘電体基板４内を介して給電ピン（給電点）２，３が配置される。給電ピン２，３は偏波が直交して発生する位置関係を持つように設定されている。図示されていないが、グランド導体５側からそれぞれの同軸線路の内部導体が励振素子１の給電ピン２，３に接続され、各同軸線路の外部導体（被覆線）はグランド導体５に接続される。２点の給電点（給電ピン）２，３から励振素子１を励振することによって、直交する偏波を発生する直交２偏波共用アンテナとして動作する。このため、それぞれの主偏波に対する交差偏波を低減する必要がある。
【０００８】
所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルについて考える。ここで、交差偏波レベルは、交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値と定義する。一般には、誘電体基板４の比誘電率εｒを変化させた場合の所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値の変化は、一方の給電点２から給電した時と、もう一方の給電点３から給電した時とでは異なっている。図２はこの各場合の交差偏波識別度の最大値対基板比誘電率について示す説明図である。Ｆ（εｒ ）は、一方の給電点２から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率εｒ との関係を示す。また、Ｇ（εｒ ）は、もう一方の給電点３から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率εｒ との関係を示したものである。図２において、基板誘電率εｒ を上記Ｆ（εｒ ）と上記Ｇ（εｒ ）が等しくなるような値にすれば、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで下げられることが分かる。
【０００９】
以上のように、実施の形態１によれば、所定の観測面における所定の覆域内において、数値計算あるいは測定をおこない上記Ｆ（εｒ ）、Ｇ（εｒ ）を求め、かつ、このＦ（εｒ ）とＧ（εｒ ）を等しくする誘電体基板４の比誘電率εｒ を求めることにより、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００１０】
実施の形態２．
ここでは、図１の平面アンテナ装置においてグランド導体５と誘電体基板４を有限とした場合について述べる。図３は、本実施の形態２における平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。ここでは、励振素子１は矩形と定義する。ｘ，ｙ，ｚは直交座標で、グランド導体５の面をｙ−ｚ平面とし、グランド導体５の面上に原点を置いている。また、同様にｒ，θ，φ座標の原点としている。ａ，ｂはそれぞれ矩形励振素子１の１辺の長さで、ｘ軸上を矩形の励振素子１の中心とし、矩形の各辺ａ，ｂがｙ軸またはｚ軸と平行になるように設定されている。給電点２，３はｙ，ｚ軸上にそれぞれ位置している。図４はｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，θ，φ座標との関係を示したものである。θをｚ軸からの離角とし、φをｘ−ｙ平面におけるｘ軸からの離角とする。
【００１１】
給電点２に給電した時に励振される主偏波をＨ偏波とし、給電点３に給電した時に励振される主偏波をＶ偏波とする。すなわち、電界のθ成分をＥθ 、φ成分をＥφ とすると、Ｈ偏波励振時の主偏波はＥφ 、Ｖ偏波励振時の主偏波はＥθ となる。
図５は、数値計算より求めた、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値と誘電体基板４の比誘電率εｒ との関係を示したものである。これは、グランド導体５と基板４を有限とし、アンテナの共振周波数で励振素子１を励振し、給電点２に給電する時は給電点３をダミー終端し、給電点３に給電する時は給電点２をダミー終端した場合について、数値計算を行った結果を示す。図４のようにｒ，θ，φ座標を定義し、θ＝８１°観測面の交差偏波レベルを計算し、覆域φ＝−４０°〜４０°内での交差偏波レベルの最大値と誘電体基板の比誘電率εｒ の関係を求めたものである。
【００１２】
図５において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで下げるためには、基板誘電率εｒ を、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値が等しくなるεｒにすれば良いことが分かる。このεｒ を求めると約１．６５となる。
【００１３】
以上のように、この実施の形態２によれば、グランド導体５と基板４を有限とした場合に、数値計算を用いることによって、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時の所定の観測面における所定の覆域内において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルの最大値が等しくなる誘電体基板の比誘電率εｒ を求めるようにしたので、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００１４】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図３のグランド導体５と誘電体基板４がｙ、ｚ方向に無限であるとした場合に、理論式から上記実施の形態１の効果について明らかにする。図６は、ｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，α，β座標との関係を示す説明図である。
図７はＨ偏波励振時にキャビティモデルより求めたθ＝８１°観測面での交差偏波レベルであり、図８はＶ偏波励振時にキャビティモデルより求めたθ＝８１°観測面での交差偏波レベルである。図９はＨ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値と誘電体基板４の比誘電率εｒ との関係を示したものである。
【００１５】
理想的には、θ＝９０°面内、φ＝０°面内では交差偏波は発生しない。しかし、基板の正面方向から傾けたθが一定（θ≠９０°）あるいはφが一定（φ≠０°）の観測面では交差偏波が発生する。この交差偏波は、本来主偏波を放射する主モード（ＴＭ１０モード）において座標系の関係から発生してしまうものである。グランド導体５と誘電体基板４がｙ，ｚ方向に無限であると仮定する。図３のアンテナの主モードたるＴＭ１０モード共振時の放射界は、図６のようにｒ，α，β座標を定義すると、キャビティモデルにより、電界のα成分をＥα 、β成分をＥβ とし、誘電体基板４の比誘電率をεｒ として、
【数６】
【数７】
【００１６】
式（１）、（２）についてｒ、α、β座標からｒ，θ，φ座標への座標変換を行い、電界のθ成分Ｅθ 、φ成分Ｅφ を求める。そうすると、Ｈ偏波励振した場合には、主偏波はＥφ 、交差偏波はＥθ となるので、Ｈ偏波励振した場合の交差偏波レベルは、
【数８】
【数９】
【００１７】
例えば、式（４）、（５）にθ＝８１°を代入し、θ＝８１°観測面での交差偏波レベルの誘電体基板の比誘電率εｒ に対する依存性を求めると、それぞれ図７、図８のようになる。さらに、例えば、覆域φ＝−４０°〜４０°内での交差偏波レベルの最大値を求めると、図７および図８よりφ＝±４０°の時に式（４）、（５）は最大となり、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時の覆域φ＝−４０°〜４０°内での交差偏波レベルの最大値と誘電体基板の比誘電率εｒ との関係は図９のようになる。
【００１８】
図９において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで下げるためには、基板誘電率εｒ を、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時のθ＝８１°観測面の覆域φ＝−４０°〜４０°内における交差偏波レベルの最大値が等しくなるεｒにすれば良いことが分かる。このεｒを求めるとεｒ ＝１．７６となる。
【００１９】
以上のように、実施の形態３によれば、グランド導体５と誘電体基板４をｙ，ｚ方向に無限とした場合に、式（４）と式（５）から、Ｈ偏波励振時とＶ偏波励振時の、θが一定またはφが一定の所定の観測面における交差偏波レベルを求め、この時、所定の覆域内において、式（４）と式（５）の最大値が等しくなるような誘電体基板４の比誘電率εｒ を求めるようにしたので、θが一定またはφが一定の所定の観測面における所定の覆域内において、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減することができる効果が得られる。
【００２０】
実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１０（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。この場合、２次励振素子９が、励振素子１の近傍に配置され、励振素子１からの電磁波によって間接的に励振されるように構成されている。誘電体基板１０がグランド導体５と励振素子１の間および励振素子１と２次励振素子９の間にそれぞれ複数個Ｎ（Ｎ＞１）配置される。この誘電体基板１０の一部は空気層で形成されてもよい。ここで、Ｎ個の誘電体基板１０のうち、ｎ番目の誘電体基板の比誘電率をεｒｎ、厚さをｔｎ とする。
【００２１】
所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルを考える。数値計算あるいは測定をおこなうことにより、一方の給電点２から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎとの関係Ｆ（εｒｎ）と、もう一方の給電点３から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎとの関係Ｇ（εｒｎ）を得る。
【００２２】
一般に、ｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎの増加に伴うＦ（εｒｎ）とＧ（εｒｎ）の増減の方向は逆となっている。したがって、上記実施の形態１と同じように、ｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎを上記Ｆ（εｒｎ）と上記Ｇ（εｒｎ）が等しくなるようにおけば、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減することができる。
【００２３】
同様に、数値計算あるいは測定をおこなうことにより、一方の給電点２から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ との関係Ｆ（ｔｎ ）と、もう一方の給電点３から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］とｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ との関係Ｇ（ｔｎ ）を得る。
一般に、ｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ の増加に伴うＦ（ｔｎ ）とＧ（ｔｎ）の増減の方向は逆となっている。したがって、ｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ を選ぶことにより上記Ｆ（ｔｎ ）と上記Ｇ（ｔｎ ）を等しくすることができる。
【００２４】
以上のように、実施の形態４によれば、上記Ｆ（εｒｎ）と上記Ｇ（εｒｎ）が等しくなるｎ番目の誘電体基板の比誘電率εｒｎを設定するようにしたので、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。一方、上記Ｆ（ｔｎ ）と上記Ｇ（ｔｎ ）を等しくするｎ番目の誘電体基板の厚さｔｎ を設定するようにしても、同様に、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００２５】
実施の形態５．
この実施の形態５は、図１０のグランド導体５と誘電体基板４がｙ，ｚ方向に無限であるとした場合に、理論式から上記実施の形態４の効果を明らかにするものである。図１１はこの発明の実施の形態５による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１１（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、図１０に相当する部分には同一符合を付して示す。励振素子１および２次励振素子９は矩形とする。給電点２に給電した時に励振される偏波をＨ偏波、給電点３に給電した時に励振される偏波をＶ偏波とする。また、Ｎ個の誘電体基板１０のうちｎ番目の誘電体基板の比誘電率をεｒｎ、厚さをｔｎ とする。図４のｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，θ，φ座標との関係を使用する。
【００２６】
図１１おいて、放射に主として寄与するのは２次励振素子９であるので、２次励振素子９の放射特性を考えればよい。また、２次励振素子９から見た等価比誘電率εｒｅｆｆは、
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００２７】
式（７）から、Ｈ偏波励振時には等価比誘電率εｒｅｆｆが大きくなるにつれ交差偏波レベルが小さくなることが分かる。逆に、式（８）から、Ｖ偏波励振時には等価比誘電率εｒｅｆｆが大きくなるにつれ交差偏波レベルが大きくなることが分かる。したがって、式（７）と式（８）が等しくなる等価比誘電率εｒｅｆｆが存在することになる。
【００２８】
以上のように、実施の形態５によれば、グランド導体５と誘電体基板４を無限とした場合に、θが一定またはφが一定の所定の観測面における所定の覆域内において、式（７）と式（８）が等しくする等価比誘電率εｒｅｆｆを求めるようにしたので、直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果が得られる。
【００２９】
実施の形態６．
この実施の形態６は、給電ピンではなく給電線路を用いて励振素子を励振させた場合に、上記実施の形態１〜実施の形態５と同じ効果あることについて述べる。図１２はこの実施の形態６における平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で、図１２（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。ここでは、給電ピンの代わりに、給電線路１１，１２が励振素子１と同じ平面に設けられている。
励振素子１は、２つの給電線路１１，１２によって給電され、励振され、直交する偏波を発生し、実施の形態１乃至実施の形態３で述べたと同様に、直交２偏波共用アンテナとして動作する。また、アンテナ構造体として、上記実施の形態４の図１０に示すように、励振素子１の近傍に２次励振素子９を配置し、グランド導体５と２次励振素子の間に複数個の誘電体基板を配置したものを適用してもよい。
以上のように、この実施の形態６によれば、給電点が、励振素子と共通な平面に設置した給電線路で形成されるようにしたので、給電ピンを用いた場合の給電ピン自体からの放射による不要な交差偏波が存在しないという効果が得られる。
【００３０】
実施の形態７．
図１３は実施の形態７による平面アンテナ装置の配置構成を示す正面図である。図において、図１に相当する部分には同一符合を付して示す。ここでは、複数のアンテナ構造体が平面上に配置された状態を示している。この配置は、上記実施の形態１乃至実施の形態６で述べたアンテナ構造体を適用することについて提案するものである。
このように励振素子１を平面上に複数個配置した場合、交差偏波レベルを維持したまま、１素子のときより利得を高くとることができる。図１３では、一方向に励振素子１を配置した例を示しているが、給電点の位置関係を保てば、平面上でどのように配置してもよい。上記実施の形態４および実施の形態５で述べたような、励振素子１の近傍に２次励振素子９を配置し、グランド導体５と２次励振素子１の間に複数個の誘電体基板１０を配置したアンテナ構造体を適用しても同様である。また、上記実施の形態６の給電線路１１，１２で給電するアンテナ構造体を適用しても同様である。
【００３１】
以上のように、実施の形態７によれば、アンテナ構造体、すなわち放射素子を平面上に複数個配置しているので、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度低減し、かつ１素子の場合より利得を高くできる効果が得られる。
【００３２】
以上、実施の形態１乃至実施の形態７では、放射素子が矩形である場合について述べてきたが、放射素子は円形等、矩形以外の形状にしてもよく、おおむね同様の効果を奏することができる。
【００３３】
以上のように、この発明によれば、グランド導体と、このグランド導体の片面側に配置された励振素子と、前記グランド導体と前記励振素子の間に配置された誘電体基板と、前記励振素子を励振させ直交する偏波を発生させる位置に設けられた２点の給電点とを有するアンテナ構造体を備えた平面アンテナ装置において、前記誘電体基板が、交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値を交差偏波レベルと定義したとき、前記給電点の一方から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｆ（ε r ）と、前記給電点の他方から給電した場合の前記所定の観測面における前記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率ε r との関係Ｇ（ε r ）とを等しくなるよう当該比誘電率ε r を決定するようにしたので、所定の観測面における所定の覆域内において直交する２偏波双方の交差偏波レベルを同程度まで低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１係る平面アンテナ装置の交差偏波識別度の最大値対基板比誘電率について示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２および実施の形態５に係るｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，θ，φ座標の関係を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る平面アンテナ装置の交差偏波レベルの最大値対基板比誘電率を示す説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係るｘ，ｙ，ｚ座標とｒ，α，β座標との関係を示す説明図である。
【図７】 この発明の実施の形態３に係る平面アンテナ装置の交差偏波レベル対観側面の覆域を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態３に係る平面アンテナ装置の他の交差偏波レベル対観側面の覆域を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態３に係る平面アンテナ装置の交差偏波識別度の最大値対基板比誘電率について示す説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による平面アンテナ装置の構造体を示す２面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６における平面アンテナ装置の構造体を示す２面図で
【図１３】 この発明の実施の形態７による平面アンテナ装置の配置構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 励振素子、２，３ 給電ピン（給電点）、４，１０ 誘電体基板、５ グランド導体、９ ２次励振素子、１１，１２ 給電線路。
Claims (6)
- グランド導体と、このグランド導体の片面側に配置された励振素子と、前記グランド導体と前記励振素子の間に配置された誘電体基板と、前記励振素子を励振させ直交する偏波を発生させる位置に設けられた２点の給電点とを有するアンテナ構造体を備えた平面アンテナ装置において、
前記誘電体基板が、
交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値を交差偏波レベルと定義したとき、
前記給電点の一方から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率εrとの関係Ｆ（εr ）と、
前記給電点の他方から給電した場合の前記所定の観測面における前記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率εr との関係Ｇ（εr ）とを等しくなるよう当該比誘電率ε r を決定することを特徴とする平面アンテナ装置の比誘電率決定方法。 - 励振素子を矩形とし、
グランド導体の面上に原点を置くｘ，ｙ，ｚ直交座標とθ，φ座標を設定し、
前記グランド導体の面をｙ−ｚ平面とし、かつｘ軸上を当該矩形の中心として当該矩形の各辺がｙ軸またはｚ軸と平行になるように置くと共に、給電点をｙ，ｚ軸上にそれぞれ位置させ、
θをｚ軸からの離角とし、φをｘ−ｙ平面におけるｘ軸からの離角とし、電界のθ成分をＥθ とし、電界のφ成分をＥφ とした場合、
ｙ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅθ ｜と主偏波の振幅｜Ｅφ ｜から得る交差偏波レベルを
ｚ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅφ ｜と主偏波の振幅｜Ｅθ ｜による交差偏波レベルを
θが一定またはφが一定の所定の観測面における所定の覆域内において、前記両式の最大値が等しくなるよう比誘電率ε r を決定することを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置の比誘電率決定方法。 - グランド導体と、
前記グランド導体の片面側に配置された励振素子と、
前記励振素子の前記グランド導体とは反対側の近傍に配置され前記励振素子からの電磁波によって間接的に励振される２次励振素子と、
前記グランド導体と前記励振素子の間および前記励振素子と前記２次励振素子の間にそれぞれ配置されたＮ個（Ｎ＞１）の誘電体基板と、
前記励振素子を励振させ直交する偏波を発生させる位置に設けられた２点の給電点とを有するアンテナ構造体を備え、
ｎ（Ｎ≧ｎ≧１）番目以外の誘電体の誘電率は所定の値であって、
ｎ番目の前記誘電体が、
交差偏波の振幅を主偏波の振幅で除した値を交差偏波レベルと定義したとき、
前記給電点の一方から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と誘電体基板の比誘電率εrnとの関係Ｆ（εrn）と、
前記給電点の他方から給電した場合の前記所定の観測面における前記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と基板比誘電率εrnとの関係Ｇ（εrn）とを等しくなるよう当該比誘電率ε r を決定することを特徴とする平面アンテナ装置の比誘電率決定方法。 - グランド導体と、
前記グランド導体の片面側に配置された励振素子と、
前記励振素子の前記グランド導体とは反対側の近傍に配置され前記励振素子からの電磁波によって間接的に励振される２次励振素子と、
前記グランド導体と前記励振素子の間および前記励振素子と前記２次励振素子の間にそれぞれ配置されたＮ個（Ｎ＞１）の誘電体基板と、
前記励振素子を励振させ直交する偏波を発生させる位置に設けられた２点の給電点とを有するアンテナ構造体を備え、
ｎ（Ｎ≧ｎ≧１）番目以外の誘電体の誘電率および厚さ、ならびにｎ番目の誘電体の誘電率はそれぞれ所定の値であって、
ｎ番目の誘電体基板が、
給電点の一方から給電した場合の所定の観測面における所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｆ［ｄＢ］と当該誘電体基板の厚さｔn との関係Ｆ（ｔn ）と、
給電点の他方から給電した場合の上記所定の観測面における上記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と当該誘電体基板の厚さｔn との関係Ｇ（ｔn ）とを等しくなるような厚さｔ n を決定することを特徴とする平面アンテナ装置の誘電体の厚さ決定方法。 - 励振素子と２次励振素子をそれぞれ矩形とし、
グランド導体の面上に原点を置くｘ，ｙ，ｚ直交座標とθ，φ座標を設定し、
前記グランド導体の面をｙ−ｚ平面とし、かつｘ軸上を各矩形の中心として各矩形の各辺がｙ軸またはｚ軸と平行になるように置き、
ｎ番目の誘電体基板の厚さをｔn とし、前記２次励振素子から見た等価比誘電率εreffを
θをｚ軸からの離角とし、φをｘ−ｙ平面におけるｘ軸からの離角とし、電界のθ成分をＥθ とし、電界のφ成分をＥφ とした場合、
ｙ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅθ ｜と主偏波の振幅｜Ｅφ ｜から得る交差偏波レベルを
ｚ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅφ ｜と主偏波の振幅｜Ｅθ ｜による交差偏波レベルを
θが一定またはφが一定の所定の観測面における所定の覆域内において、前記式両式の最大値が等しくなるような等価比誘電率εreff を有するよう比誘電率ε rn を決定することを特徴とする請求項３記載の平面アンテナ装置の比誘電率決定方法。 - 給電点の他方から給電した場合の上記所定の観測面における上記所定の覆域内の交差偏波レベルの最大値Ｇ［ｄＢ］と当該誘電体基板の厚さｔ n との関係Ｇ（ｔ n ）とを等しく
励振素子と２次励振素子をそれぞれ矩形とし、
グランド導体の面上に原点を置くｘ，ｙ，ｚ直交座標とθ，φ座標を設定し、
前記グランド導体の面をｙ−ｚ平面とし、かつｘ軸上を各矩形の中心として各矩形の各辺がｙ軸またはｚ軸と平行になるように置き、
ｎ番目の誘電体基板の厚さをｔ n とし、前記２次励振素子から見た等価比誘電率ε reff を
θをｚ軸からの離角とし、φをｘ−ｙ平面におけるｘ軸からの離角とし、電界のθ成分をＥ θ とし、電界のφ成分をＥ φ とした場合、
ｙ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅ θ ｜と主偏波の振幅｜Ｅ φ ｜から得る交差偏波レベルを
ｚ軸上に設けられた給電点から給電した場合の交差偏波の振幅｜Ｅ φ ｜と主偏波の振幅｜Ｅ θ ｜による交差偏波レベルを
θが一定またはφが一定の所定の観測面における所定の覆域内において、前記式両式の最大値が等しくなるような等価比誘電率ε reff を有するよう厚さｔ n を決定することを特徴とする請求項４記載の平面アンテナ装置の誘電体の厚さ決定方法。
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